sensor de gas tgs2610 final

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Detector de Gas LP Dispositivo: TGS2610

Resumen Esta nota de aplicación mostrará básicamente el uso del sensor de gas TGS2610-D, así como el cálculo básico de sus parámetros, para una correcta utilización del mismo. Además de mostrarse un pequeño prototipo para observar el funcionamiento del sensor. 1. Introducción

El gas natural es una fuente de energía que es comúnmente usada en hogares. Está compuesto primariamente de metano (el metano es una compuesto químico altamente inflamable que consiste de una molécula de carbón rodeada por cuatro átomos de hidrógeno). A pesar de que sólo pasa en raras ocasiones, una fuga de gas natural puede algunas veces ocurrir dentro del hogar. Una fuga de gas natural puede ser peligrosa porque aumenta los riesgos de un incendio o explosión. Su compañía de gas natural trabaja duro para proveer advertencias adecuadas en el evento de una fuga de gas. Debido a que el metano y, por lo tanto, el gas natural no tienen ningún olor, la compañía de gas añade una "advertencia" con olor a huevo podrido (mercaptan o un compuesto similar a base de sulfuro) que puede ser detectado fácilmente por la mayoría de las personas. Sin

embargo, hay personas que tienen un sentido del olfato disminuido y que por tanto no pueden confiar en este mecanismo de seguridad. Si usted tiene alguna preocupación sobre su habilidad para oler el aditivo que señala una fuga de gas, necesita ver a un médico y usar una señal de seguridad distinta. Un detector de gas puede ser una importante herramienta para ayudar a proteger a usted y su familia.

El sensor TGS2610 esta presente en dos modelos diferentes (TGS2610-C y TGS2610-D) aunque la sensibilidad al gas LP es la misma. El sensor TGS2610-C posee un encapsulado mas pequeño y una respuesta mas rápida al gas mientras que el sensor TGS2610-D posee una serie de filtros que eliminan la interferencia de gases tales como el alcohol lo cual hace un poco mas lenta su respuesta, pero garantizando una alta selección al gas LP.

Sensores TGS2610-C y TGS2610-D Figura 1

Las características principales de este sensor son:

1. Alta sensibilidad al gas LP. 2. Consumo de baja potencia.

3. Bajo costo y larga vida. 4. Con mínimos componentes de

funcionamientos. 2. Condiciones de operación

Nota de Aplicación Documentos asociados: No



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Item Specification

Circuit Voltaje

VC 5.0 ± 0.2V DC/AC

Heater Voltaje

VH 5.0 ± 0.2V DC/AC

Inrush Heater Current

VH=5.0V 100mA max.

Heater Resistance

RH Approx. 59Ω

Load Resistance

RL Variable (0.45kΩ min.)

Sensor Power Dissipation

PS ≤15mW

Operating & Storage Temperatura

-40ºC ~ +70ºC

Optimal Detection Concentration

500 ~ 10,000ppm

3. Especificaciones

Item Specification Sensor

Resistance 1800ppm iso-butane

0.68kΩ ~ 6.8kΩ

Sensor Resistance Gradient

β 0.56 ± 0.06

β=Rs(3000ppm iso-butane) / Rs(1000ppm iso-butane) Heater Current 56 ± 5mA

Heater Power Consumption Approx. 280mW 4. Dimensiones

5. Sensibilidad a gases Es importante saber el comportamiento que puede tener el sensor cuando se expone a diferentes gases. Por lo que el fabricante proporciona su respuesta dinámica, en la Figura 3 se puede apreciar la relación de la resistencia de sensibilidad (Rs) con respecto a una resistencia patrón (Ro) a 1800 ppm sometida a gas iso-butano, ademas de agregar otras curvas de comportamiento a gases como etanol, hidrogeno y metano.

Figura 3

6. Dependencia a la temperatura y

humedad El sensor TGS2610 puede variar su comportamiento a la temperatura y la humedad al entorno en que este funcionando. En la siguientes grafica (Figura 4) se pueden apreciar la respuesta al gas iso-butano a 1800 ppm cuando varía la temperatura y la humedad, es importante conocer estos parámetros ya que podríamos tener respuestas diferentes dependiendo el lugar en que este operando. Figura 2



3

Figura 4

En la siguiente tabla se muestra la relación que debe de haber entre la resistencia patrón y la resistencia de sensado cuando varia la temperatura y la humedad.

R.H. ºC

35% R.H.

50% R.H.

65% R.H.

95% R.H.

-10 1.60 0 1.50 1.35 10 1.50 1.23 1.08 20 1.52 1.19 1.00 0.85 30 1.23 0.94 0.79 0.68 40 0.98 0.75 0.61 0.53

7. Desarrollo Para facilitar el desarrolló del hardware el fabricante hace énfasis en las siguientes características que vienen marcadas en el encapsulado de los sensores, tanto para el TGS2610-C o TGS2610-D.

Figura 5

En el encapsulado se puede apreciar el numero de lote y el numero ID, Aquí el parámetro mas importante será el ID ya que nos podrá ayudar a simplificar el proceso de la pre-calibración. El circuito que se requiere para el correcto funcionamiento es el que se muestra a continuación (Figura 6).

Figura 6

En el cual se puede observar que la resistencia RH sirve para mantener una temperatura casi constante en el interior del sensor y a la vez se observa la resistencia de sensado (Rs ) y la resistencia de carga (RL). Tanto RH como RS son impedancias internas del sensor TGS2610. Para seleccionar la resistencia de carga y poder optimizar la señal de salida es recomendable que la resistencia de carga se igual a la resistencia de sensado (RL=RS), debido a que la relación Rs/RL



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logra igualar a uno cuando las concentraciones de gas son de 1800 ppm. Por lo que se recomienda utilizar la siguiente tabla para seleccionar RL a diferentes concentraciones. SENSOR

ID# RL(kΩ) with ± 1% tolerante

5% LEL 10% LEL 15% LEL 20%LEL 01 1.00 0.715 0.590 0.523 02 1.10 0.787 0.649 0.576 03 1.21 0.866 0.715 0.634 04 1.33 0.953 0.787 0.698 05 1.47 1.05 0.866 0.768 06 1.62 1.15 0.953 0.845 07 1.78 1.27 1.05 0.931 08 1.96 1.40 1.15 1.02 09 2.15 1.54 1.27 1.13 10 2.37 1.69 1.40 1.24 11 2.61 1.87 1.54 1.37 12 2.87 2.05 1.69 1.50 13 3.16 2.26 1.87 1.65 14 3.48 2.49 2.05 1.82 15 3.83 2.74 2.26 2.00 16 4.22 3.01 2.49 2.21 17 4.64 3.32 2.74 2.43 18 5.11 3.65 3.01 2.67 19 5.62 4.02 3.32 2.94 20 6.19 4.42 3.65 3.24 21 6.81 4.87 4.02 3.57 22 7.50 5.36 4.42 3.92 23 8.25 5.90 4.87 4.32 24 9.09 6.49 5.36 4.75

Ejemplo, para indicar un 10% teniendo un ID=7, el valor de la resistencia RL debe de ser igual a 1.27kΩ, con lo que se logra que el voltaje de salida sea 2.5V o la mitad del voltaje (Vc) aplicado, debido Rs/RL es igual a uno. En el caso de nuestra aplicación tenemos el TGS1610-D con un ID=12, por lo tanto para detectar una concentración del 10% utilizamos una resistencia de carga igual a 2 kΩ.

Las siguientes graficas muestran el comportamiento dinámico en voltaje, corriente y potencia antes de que detecte gas LP el sensor TGS1610-D.



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Y las siguientes graficas muestran una transición en la que se somete a gas LP el sensor TGS1610-D. Como se puede observar la potencia es inferior a los 15mW en la resistencia de sensado (RS), que es como lo indica el fabricante. Por lo cual se puede garantizar que el sensor no sufrirá daño por calentamiento. Matemáticamente se pueden encontrar estos valores, debido a que el fabricante nos otorga 2

fórmulas para el cálculo de RS y PS las cuales son las siguientes:

RLVRL

VRLVcRs ×−

=)(

RsVRLVcPs

2)( −=

Donde

PS es la potencia de disipación del sensor.

RS es la resistencia de sensibilidad del sensor.

VC es el voltaje aplicado al circuito. VRL es el voltaje de la resistencia de

carga. Si calculáramos estas variables encontraríamos lo siguiente:

Ω=Ω×−

= kkV

VVRs 05.205.25.2

)5.25(

mWk

VVPs 0487.305.2

)5.25( 2

=Ω

−=

Estos valores se calcularon idealmente, pero en la aplicación realizada se utilizó un resistor de 2.2kΩ, por lo tanto los valores quedarían de la siguiente manera:

Ω=Ω×−

= kkV

VVRs 2.22.25.2

)5.25(

mWk

VVPs 840.22.2

)5.25( 2

=Ω

−=



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Con lo que matemáticamente queda demostrado que no se dañara nuestro sensor. Cabe aclarar que las graficas mostradas y los cálculos realizados, contienen una pequeña variación y es debido a que los componentes (como ya todos sabemos) no son componentes ideales. Para esta aplicación se ha decido integrar en el diseño el microcontrolador PIC12F675 con el objetivo de activar un dispositivo de sonido (Buzzer) y un relevador (para uso de usuario) indicando así la presencia de gas LP. Además de añadir dos leds, uno que realizará la función de parpadeo cada 500ms indicando que el dispositivo esta en funcionamiento y otro que encenderá cuando se ha detectado una concentración de gas LP. Se implementó una pequeña fuente para mantener lo más constantemente posible la corriente, ya que el sensor de de gas debe de encontrarse en optimas condiciones para trabajar, sin llegar a sobrecalentarse. Además de tener la función de recargar una pila de 9V. Y se muestra en la siguiente figura (Figura 7).

Figura 7

El diagrama a utilizar se muestra en la siguiente figura (Figura 8).

Figura

VDD1

GP5/T1CKI/OSC1/CLKIN 2GP4/AN3/T1G/OSC2/CLKOUT 3GP3/MCLR/VPP 4GP2/AN2/T0CKI/INT/COUT 5GP1/AN1/CIN-/VREF/ICSPCLK 6GP0/AN0/CIN+/ICSPDAT 7

VSS8

U3

PIC12F675-E/P

1

2

3

4

T1

TGS2610

12

D5Led

12

D4Led

680ER1

680ER2

330E

R6

22E

R7

2K2R8

TV1TR5V

Q1BC547C

330K

R3

+9

Relay

123T2

TRT3

+5+5BuzzeRojo

BuzzeRojo

+5

BuzzeRojo

SensGas

SensGas

Relay

+5

+5

+5

12

B1

Buzzer



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8. Lista de componentes

Ubicación Número de Parte B1 QSI-2910

BT1 “ Bateria recargable” C1 CMS-.1/50V C2 CMS-.27/63V C3 CEMS-100/16V D1 RLS4148TE-11 D2 RLS4148TE-11 D3 RLS4148TE-11

DIODO DE PROTECCION RLS4148TE-11 D4 Led-RM D5 Led-VM Q1 BC547C R1 RMS-680E R2 RMS-680E R3 RC-330k/1/4 R4 RMS-100E R6 RMS-330E R7 RMS-22E R8 RMS-2k2 T1 TGS2610 T2 TRTM-03

TV1 TR5VL-5VDC-Z U1 LM317T U2 LM2937ET-5.0 U3 PIC12F675-I/P

Buje-220 y Mica2 Fuen Header (alimentación)

El prototipo final sin ensamblar es el siguiente:

Vista superior (Top Layer)



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Vista inferior (Botton Layer) (Diodo de protección en relevador) 1N4148 (RLS4148TE-11)

Prototipo final ensamblado

Vista superior (Top Layer)



9

Vista inferior (Botton Layer) Se agregó el diodo de protección de montaje

superficial para no dañar al PIC12F675-I/P

Prototipo montado en estuche



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9. Especificaciones del dispositivo:

• Gases detectables: Gas LP y sus componentes (propano y butano).

• Alimentación: 100VAC-240VAC ~ 50/60Hz. • Consumo:120mA. • Salida de relevador: 2A a 127 AC, 2A a 24

DC • Activación de alarma:

o 10 % LEL1

• Volumen de la alarma: > 85dB. • Rango de temperatura: 15°C ~ 40°C. • Humedad relativa: < 65% RH. • Dimensiones: mm.

10. Consideraciones para seleccionar

un detector de gas

Las unidades de detectores de gas natural varían mucho en precio, características, y facilidad de instalación. Algunos deben ser instalados profesionalmente y pueden ser conectados al sistema de seguridad de su hogar. Otras marcas se parecen a los detectores de humo y la instalación es fácil. Sin importar cuál detector usted escoja, ciertos datos son importantes:

Activación de la alarma

Es importante que el detector de gas natural no se active por otros elementos en su hogar, tales como el humo de cigarrillos o el nivel de humedad. Muchos detectores responderán a otros químicos peligrosos además del gas natural, tales como el propano.

1 LEL: Siglas de Lower Explosive Limit (Límite Inferior de Explosividad). Porcentaje mínimo, en volumen, de un gas que mezclado con aire a temperatura y presión normales, forma una mezcla inflamable.

Límite explosivo bajo

El límite explosivo bajo (LEL, por su sigla en inglés) es el límite más bajo de gas que causaría una explosión. Los detectores de gas varían en los niveles de gas que activan una alarma (por ejemplo, 15 por ciento de LEL, 20 por ciento de LEL, etc.). Los detectores que perciben niveles de gas más bajos le avisarán más rápidamente de la presencia de gas natural que aquellos detectores que tienen niveles más altos de sensibilidad.

Ubicación del detector La distancia entre su detector de gas y la fuente potencial de una fuga de gas es importante. Los detectores de gas son similares a los detectores de humo, y por esto necesitan ser instalados en un lugar donde la señal de alerta que emiten sea escuchada y donde el material de preocupación--gas natural--es más probable que se acumule, como por ejemplo, un subterráneo. Las instrucciones para instalar su detector de gas lo asistirán en identificar los lugares apropiados para instalarlo. Si usted tiene fuentes múltiples de gas natural en su hogar, puede ser que necesite dos detectores de gas o uno con un sensor doble. Esto es especialmente cierto si las fuentes de gas están alejadas una de otra.

Tipo de alarma

Algunos detectores usan ambos, luz y sonido para alertarlo de una fuga de gas. Algunos sólo usan sonido. Sin importar el tipo de alarma que prefiera, usted debería asegurarse de que será alertado desde cualquier parte de su hogar. Una alarma que no puede ver o escuchar no lo ayudará.

Mantenimiento del detector de gas La mayoría de los detectores son operados con baterías o con un sistema de respaldo a batería para un suministro de corriente eléctrica de 110 voltios. A



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menudo, existe un botón de prueba en el detector de gas que le permitirá asegurarse que la alarma del detector y las baterías están funcionando apropiadamente. Recuerde revisar las baterías y la alarma regularmente. Algunos detectores de gas lo alertarán si hay un corte de luz u otro desperfecto. Lea las instrucciones del fabricante con cuidado de modo que usted sepa cómo y cuándo probar su detector para asegurarse que está funcionando correctamente.

Los detectores de gas usan sensores para encontrar si hay niveles peligrosos de gas natural cerca. Al igual que las baterías, los sensores pueden desgastarse. Cuando compre un detector de gas, pregunte sobre el promedio de vida de un sensor. También pregunte si hay una advertencia que indique cuándo necesita reemplazar el sensor. Usted también querrá saber si el sensor puede o no ser sustituido si se desgasta.

Algunos tipos de detectores de gas deben ser calibrados para poder continuar funcionando apropiadamente. La calibración es el método por el cual un instrumento es ajustado para proporcionar medidas exactas. Pregunte si el modelo de detector de gas que usted está comprando necesitará este servicio. Si la respuesta es "sí", averigüe con qué frecuencia usted necesita revisarlo, y solicite el nombre de la compañía que realiza calibraciones.

11. Qué hacer si su detector de gas alerta una fuga de gas natural

1. Deje el lugar inmediatamente. 2. NO HAGA llamadas desde su hogar. Los

teléfonos son capaces de producir una chispa, la cual podría comenzar un incendio o explosión. Contacte su compañía de gas local desde un teléfono fuera y lejos de su hogar.

3. NO encienda un fósforo u otro material combustible. Asimismo, NO encienda NI

apague ningún interruptor de luz, NI TAMPOCO enchufe o desenchufe electrodomésticos tales como un televisor o aspiradora. Estas actividades también pueden producir una chispa que podría comenzar un incendio o explosión.

4. No vuelva a entrar a al lugar hasta que la compañía de gas encuentre la fuente de fuga y la arregle.

5.

Complicaciones médicas y síntomas

La exposición a niveles bajos de gas natural no es dañina para su salud. Sin embargo, si la fuga de gas es severa, la cantidad de oxigeno disponible para respirar podría reducirse dramáticamente, lo cual puede conducir a asfixia. Los síntomas de asfixia incluyen:

mareo ,fatiga ,náusea , dolor de cabeza y respiración irregular

La exposición a niveles extremadamente altos de gas natural puede causar la pérdida del conocimiento o hasta la muerte. Tratamientos Un individuo expuesto a asfixia por gas natural necesita tener aire fresco inmediatamente y atención médica tan pronto como sea posible. Si la persona está inconsciente y no respira, muévalo (la) a un lugar donde haya aire fresco y administre respiración boca-a-boca hasta que llegue ayuda profesional. Problemas asociados con las personas de edad

La sensibilidad a los olores comienza a disminuir en la séptima década de vida. Un largo segmento de la población de personas de edad tiene dificultad para detectar mercaptan, el hedor químico que se agrega al gas natural como agente de alerta. Para los individuos con sentido del olfato y del gusto reducido, los detectores de gas natural proveen una señal de alerta temprana antes de que el gas suba a niveles peligrosos.



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Documentos.

TGS2610-D00

En la página web: www.agelectronica.com http://www.agspecinfo.com/notas/Nota2/files/Figaro.pdf

AG Electrónica S.A. de C.V. División de Ingeniería República del Salvador No. 20 Desp. 501 Col. Centro México D.F. CP. 06000 Tel: (55) 5130-7210 www.agelectronica.com Autor(es): Eliezer Villegas González Emanuel Liborio Hernández Ramírez Desarrollo de Firmware: Emanuel Liborio Hernández Ramírez Revisión 1, 02 de Junio de 2009

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